氧化還原流動電池(RFB)作為一種有前景的能源儲存技術，因其獨特的可擴展性和長時儲存能力而受到關注。然而，傳統的RFB通常依賴于稀有且昂貴的材料，例如釩，這限制了它們的廣泛應用。這促使研究人員探索更可持續的替代品，尤其是水相有機流動電池(AOFB)。然而，AOFB仍面臨挑戰，主要是有機氧化還原活性分子(ORAM)在空氣中暴露時的不穩定性。

　　大連化學物理研究所的研究人員開發了基于萘的ORAM，用于水相流動電池，能夠在正?？諝鈼l件下穩定循環。這一創新解決了AOFB大規模制造的障礙，可能為其找到解決方案。

　　氧化還原流動電池

　　RFB是先進的能源儲存系統，能夠通過可逆反應將化學能直接轉化為電能。

　　這些設備包含兩種電解質溶液，分別盛放在不同的罐中，其中溶解了氧化還原活性材料。電解質通過電化學電池，反應發生在惰性多孔電極上。離子交換膜將電極分開，允許離子轉移，同時防止電解質混合。

　　傳統的RFB通常使用無機氧化還原物質，如鋅、鉛酸、溴或多硫化物。在這些材料中，釩因其多重氧化態、強氧化還原特性和高穩定性而顯得最具前景。然而，釩的稀缺性和不斷上漲的成本使得許多人開始尋找替代的可持續解決方案，例如有機基系統。

　　水相有機流動電池利用溶解在水基電解質中的有機材料，使其更加經濟和環保。然而，問題在于這些電池中使用的ORAM的穩定性。具體來說，ORAM在暴露于空氣時容易因不良副反應而失活。這一失活過程導致了不可逆的容量損失。

　　此外，需要惰性氣體環境以防止ORAM失活，這給電池維護增加了復雜性和成本。

　　萘電池的突破

　　研究人員開發了一種使用基于萘的ORAM的AOFB，以解決無機ORAM在空氣中不穩定的問題。團隊合成了具有活性羥基和二甲胺結構的萘衍生物，結合了化學和原位電化學方法。這一方法簡化了ORAM的純化過程，同時具有可擴展性和成本效益。

　　電化學步驟允許引入親水性的烷基胺結構，以保護活性位點免受副反應的影響。光譜分析和理論計算表明，二甲胺結構增強了水溶性，并在充放電循環中維持分子的穩定性。

　　使用1.5 mol/L的電解液，制得的萘流動電池顯示出顯著的穩定性，達到了850個循環(約40天)而沒有容量損失。它還保持了每升50 Ah的高容量。值得注意的是，該電池在持續暴露于空氣的情況下表現良好，完成了600個循環(約22天)而沒有性能下降。

　　研究人員還解決了可擴展性問題，實現了每批5公斤的萘衍生物生產。在中試規模測試中，330 Ah容量的電池組展示出270個循環(27天)的循環穩定性，并且每個循環的保留容量達到了99.95%。

　　下一代能源儲存

　　這一AOFB技術的突破為可持續能源儲存開辟了新的途徑。隨著研究人員繼續完善這些空氣穩定的有機分子，我們可能會看到能源儲存領域的轉變。成本效益高、環保且具有可擴展性的電池潛力將加速可再生能源的采用。未來的發展可能會集中在提高能量密度和探索新型有機化合物上。

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